關于高壓旋噴防滲墻在水庫大壩的試驗及應用研究

鞏轉定

摘 要：為了解決李橋水庫大壩的滲漏穩(wěn)定問題和其它壩體存在的安全隱患，發(fā)揮水庫應有的效益，根據(jù)李橋水庫實際險情，按設計以及施工經(jīng)驗參數(shù)對該工程做高壓旋噴防滲墻試驗。首先實地勘察確定試驗地點和試驗孔數(shù)量；其次確定工藝流程及質(zhì)量控制，然后在試驗中處理特殊情況，最后得出合適的技術參數(shù)。試驗結果表明：高壓旋噴墻墻體搭接較好，表面光滑，滿足設計要求及規(guī)范規(guī)定。為除險加固提供可靠依據(jù)，確保施工質(zhì)量，縮短施工工期。

關鍵詞：高壓旋噴；除險加固；防滲墻；水利工程

中圖分類號：TV543 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）23-0067-02

高壓旋噴法是20世紀60年代末到70年代初在日本單管旋噴法的基礎上發(fā)展來的，于20世紀70年代初我國開始研究，到80年代，高壓旋噴法逐步在國內(nèi)工程中被采用[1]。高壓旋噴防滲墻是利用高壓噴射技術，在軟基中鉆孔內(nèi)噴射水泥漿與被攪動的砂礫土顆?；旌夏Y硬化而建成的地下連續(xù)墻，改變松散地層滲透系數(shù)和力學性質(zhì)，從而達到防滲防漏的目的。一般來說，高壓旋噴防滲墻技術在較細的土質(zhì)結構中應用廣泛，它作為目前最有效的混凝土防滲墻施工技術之一，能有效起到防滲加固，防止坍塌等作用[2]。本文結合李橋水庫工程實例，采用高壓旋噴防滲墻進行除險加固試驗，為除險加固提供可靠依據(jù)，佐證了合理參數(shù)。

1 高壓旋噴試驗技術方案的確定

1.1 試驗目的

（1）通過試驗，驗證高壓旋噴灌漿是否滿足李橋水庫除險加固防滲設計標準。

（2）提前進行試驗可極大的縮短施工工期，節(jié)省投資；為正常施工提前做好準備。

（3）驗證高壓旋噴灌漿的方法及其適用性。通過試驗驗證設計確定的有效樁徑、噴射介質(zhì)的合理性。

（4）論證高壓旋噴灌漿孔孔距、孔序的合理性及質(zhì)量的可靠性。

（5）通過試驗確定技術參數(shù)：水壓和水量、氣壓和氣量、漿壓和漿量、漿液配合比、噴管提升及旋轉速度。

（6）通過試驗驗證所取參數(shù)的合理性，為工程施工提供指導意見和合理參數(shù)。

1.2 試驗段的選擇

正確地選擇灌漿試驗地段，可以正確指導高壓旋噴灌漿施工有著重要的意義。選擇試驗地段時，一般應考慮了下面幾個條件：

（1）試驗地段的地質(zhì)情況應具有代表性。高壓旋噴灌漿試驗段應選在高壓旋噴灌漿施工防滲線相同地質(zhì)的區(qū)域或中等偏劣的地質(zhì)條件的地段。

根據(jù)設計提供的地質(zhì)情況，將高壓旋噴灌漿試驗選擇在以下兩個區(qū)域內(nèi)進行，試驗一區(qū)選擇在壩基壤土心墻處，試驗二區(qū)選擇在砂礫石壩殼處。

（2）高壓旋噴灌漿試驗鉆孔數(shù)目由于灌漿試驗目的不同。試驗一區(qū)布設試驗孔7個，孔位布置由單排孔組成，其中Ⅰ序孔4個，Ⅱ序孔3個；試驗二區(qū)布設試驗孔5個，孔位布置由單排孔組成，其中Ⅰ序孔3個，Ⅱ序孔2個。

1.3 試驗參數(shù)選擇

根據(jù)技術規(guī)范及以往的施工經(jīng)驗，結合工程庫區(qū)地質(zhì)情況，高壓噴射灌漿試驗擬采用以下技術參數(shù)：

（1）壤土心墻試驗一區(qū)試驗參數(shù)：

YS1、YS2號孔：

水壓力35MPa流量80L/min，壓縮空氣壓力0.6MPa，流量0.8m3/min，水泥基質(zhì)漿液壓力0.2～1.0MPa，流量70L/min密度1.51～1.60g/cm3，水灰比0.8：1，噴射管提升速度6cm/min，轉動速度8r/min。

YS3、YS4號孔：

水壓力38MPa，流量75L/min，壓縮空氣壓力0.7MPa，流量1m3/min，水泥基質(zhì)漿液壓力0.2～1.0MPa，流量80L/min，密度1.51～1.60g/cm3，水灰比0.8：1，噴射管提升速度8cm/min，轉動速度10r/min。

YS5、YS6和YS7號孔：

水壓力40MPa，流量80L/min，壓縮空氣壓力0.8MPa，流量1.0m3/min，水泥基質(zhì)漿液壓力0.2～1.0MPa，流量85L/min，密度1.51～1.60g/cm3，水灰比0.8：1，噴射管提升速度10cm/min，轉動速度10r/min。

（2）砂礫石段試驗二區(qū)試驗參數(shù)：

ES1、ES2號孔：

水壓力38～40MPa，流量75～80L/min，壓縮空氣壓力0.7MPa，流量1.0m3/min，水泥基質(zhì)漿液壓力0.2～1.0MPa，流量70L/min，密度1.51～1.60g/cm3，水灰比0.8：1，噴射管提升速度8cm/min，轉動速度10r/min。

ES3、ES4和ES5號孔：

水壓力38～40MPa，流量75～80L/min，壓縮空氣壓力0.7～0.8MPa，流量1.0m3/min，水泥基質(zhì)漿液壓力0.2～ 1.0MPa，流量60～70L/min，密度1.51～1.60g/cm3水灰比0.8：1，噴射管提升速度6cm/min，轉動速度10r/min。

2 高壓旋噴試驗步驟和過程控制

2.1 工程概括

該工程是一座以灌溉為主的年調(diào)節(jié)中型水庫。2012年3月13日下午17時，發(fā)現(xiàn)樁號0+315m后壩坡頂部和樁號0+330m后壩坡坡腳兩處各出現(xiàn)一個塌陷坑。在3月14日在壩體樁號0+200～0+250m范圍內(nèi)壩體下游灘地發(fā)現(xiàn)滲水出逸點水流有渾濁現(xiàn)象，局部已出現(xiàn)孔穴點，帶出的土料為粉細砂顆粒。壩區(qū)中、東段為白堊系下統(tǒng)紫紅色粗砂巖與灰綠色礫巖互層或夾層，壩區(qū)西段為上第三系上新統(tǒng)磚紅色粉砂質(zhì)粘土巖，兩者不整合接觸。地震動峰值加速度為0.10g，地震動反映譜特征周圍期0.45s，相應地震基本烈度為Ⅶ度[3]。

2.2 工藝流程

2012年6月18日至7月20日在樁號0+309～0+315處（壩基壤土心墻）和樁號0+008～0+011.8處（砂礫石地層）進行了高壓旋噴灌漿試驗。endprint

試驗主要工藝流程為：鉆孔→高噴臺車就位→地面試噴→下入噴射管→提升噴射→漿液回灌→管路沖洗→高噴臺車遷移。

（1）高噴臺車就位：高噴臺車就位過程中，應檢查提升、制動、管路、電路、旋擺狀況、轉向等系統(tǒng)是否正常。

（2）地面試噴：地面試噴前檢查管路是否暢通、連接情況是否正常，檢查機械及管路運行情況。無誤后進入下一步工序。

（3）下入噴射管：噴射管下入前，應先送水、氣試噴，把各種壓力加到噴射要求的壓力和流量。通過試噴可以了解各種管路是否暢通、水嘴和風嘴的加工質(zhì)量。水射流過早離散、霧化或過小的水嘴不宜使用，待各項參數(shù)符合要求后才能下管。為防止水、氣噴嘴堵塞，下管前，可用膠布包扎。

（4）提升噴射：將噴射管下到預定位置后，依次送水、送氣、送漿，待水壓、風壓和漿壓升至設計值，待孔口返漿密度≥1.20g/m3后開始提升。水泥漿密度控制在1.51～1.60g/m3。高噴過程中，每隔30min進行一次進漿和回漿密度測試，當其達不到設計要求時，立即暫停噴漿作業(yè)并立即調(diào)整水灰比，盡快恢復噴漿作業(yè)。

（5）漿液回灌：高噴灌漿結束后，利用回漿或水泥漿及時回灌，回灌時間不少于30min，直至孔口漿面不下降為止。

2.3 質(zhì)量控制

在高壓噴射灌漿試驗過程中，嚴格控制既定技術參數(shù)[4]，認真負責地完成了各孔段高壓旋噴灌漿試驗。

（1）施工中孔位偏差≤3cm，鉆孔傾斜率不超過1%，保證了高噴墻的連續(xù)性。

（2）材料控制：采用普硅P0 42.5級水泥。

（3）詳細記錄鉆孔班報表，詳細記錄孔位、孔深、地層變化和漏漿。掉鉆等特殊情況及其處理措施，便于高噴灌漿時針對不同的地層條件和孔內(nèi)情況采取相應的技術措施。

（4）施工中采取跳打法，先進行Ⅰ序孔試驗，再進行Ⅱ序孔試驗，相鄰樁孔間隔施工時間12～72小時。

（5）嚴格控制進漿、回漿密度，進漿密度控制在1.51～1.60g/m3，返漿密度≥1.20g/m3。

（6）水泥漿存放時間當氣溫在10℃以下時不超過8h，10℃以上時，不超過5h。

（7）噴射灌漿后應及時不間斷進行漿液回灌直至漿液面不再下沉為止。

2.4 特殊情況處理

高噴時孔口返漿是確保高噴墻質(zhì)量的重要措施之一，在高噴過程中，有一定數(shù)量的土粒，隨著漿液沿噴射管壁冒出地面。通過對孔口回漿的觀察，及時地了解土層情況、高噴的大致效果與高噴參數(shù)的合理性。

（1）孔內(nèi)發(fā)生嚴重漏漿，采取下列處理措施：1）孔口不返漿時，立即停止提升；孔口少量返漿時，降低提升速度。2）降低漿壓，增大漿液濃度及漿量?；謴头禎{后，再將漿壓調(diào)至設計值進行高噴。3）降低提升速度，上下重復噴灌。4）加大水泥漿密度和在漿液中摻入速凝劑。

（2）返漿量小于灌漿量20%者為正常情況，超過20%或完全不返漿時，及時查明原因，采取措施。1）若地層中有較大孔隙而不返漿，可在漿液中加入適量的速凝劑，縮短固結時間，使?jié){液在一定時間內(nèi)凝固；也可增大進漿量。2）冒漿過大的主要原因，一般是有效噴射范圍與灌漿量不相適應，灌漿量大大超過高噴固結所需的漿量。減少冒漿的措施有三種：①提高噴射壓力或減少灌漿量；②適當縮小噴嘴孔徑；③加快提升或旋轉速度。

（3）中斷噴漿的處理。在本次試驗過程中，各孔段發(fā)生中斷噴漿的情況，在恢復試驗時，對中斷孔段進行了復噴，搭接長度均大于0.50m。

（4）串漿。在高噴灌漿試驗中，各次序孔均發(fā)生串漿及地面冒漿，現(xiàn)場盡快對被串漿孔、冒漿點進行了填堵。

2.5 試驗結果

2012年7月3日對高壓旋噴灌漿試驗區(qū)域進行了開挖檢查，從開挖出的高壓旋噴防滲墻凝結體搭接較好，墻體表面平整，不存在空洞及夾渣現(xiàn)象，樁徑及搭接厚度均可以滿足設計要求及規(guī)范規(guī)定（具體詳見《表1：高壓旋噴防滲墻凝結體實測表》）。

試驗一區(qū)高壓旋噴防滲墻凝結體單樁直徑最大145cm，最小125cm，搭接厚度最大100cm，最小89cm。

試驗二區(qū)高壓旋噴防滲墻凝結體單樁直徑最大130cm，最小120cm，搭接厚度最大71cm，最小62cm。

3 結論和建議

（1）根據(jù)試驗區(qū)開挖檢查，從開挖斷面查看發(fā)現(xiàn)高壓旋噴墻墻體搭接較好，表面光滑，不存在空洞及加渣現(xiàn)象；高噴旋噴墻墻體有效厚度最大145cm，最小120cm，搭接厚度最大100cm，最小62cm。滿足設計要求及規(guī)范規(guī)定。

（2）通過對試驗區(qū)域開挖檢查，YS4、ES2號孔高噴凝結體樁徑、搭接厚度最大，根據(jù)施工記錄表記錄的試驗參數(shù)，推薦在壤土心墻采用YS4號孔參數(shù)，砂礫石及基巖采用ES2號孔參數(shù)。

（3）針對本次試驗二區(qū)（砂礫石地層）高壓旋噴防滲墻厚度不均勻的情況，為保證工程施工質(zhì)量，于2012年7月7日至8日采用ES2號孔參數(shù)進行了砂礫石地層驗證試驗，通過開挖檢查發(fā)現(xiàn)高壓旋噴墻樁徑均在1.30m以上，可以滿足設計要求。

（4）為了確保工程質(zhì)量建議在試驗參數(shù)的基礎上適當提高施工標準，推薦采用如下參數(shù)：

水壓力38～40Mpa，流量80L/min，壓縮空氣壓力0.70MPa流量1.00m3/min。水泥漿液壓力0.80～1.20MPa，流量60～80L/min，漿液密度≥1.51g/cm3，回漿密度≥1.2g/cm3，漿液配比0.8：1、0.6：1，噴射管提升速度：基巖及砂礫石地層5～6cm/min，壤土心墻8～10cm/min，轉動速度10r/min。

（5）本工程所采用的一些方法值得在以后工程中同行借鑒。

參考文獻

[1]牛虹.高壓旋噴法的施工特性及設備[J].工業(yè)建筑，2002，32（10）：52-55.

[2]牟德昆，角志祥，王勇.高壓旋噴防滲墻工程施工技術及效果分析的探討[J].建筑知識：學術刊，2014（B03）：395-395.

[3]中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GBl8306—2001）[S].

[4]水電水利工程高壓噴射灌漿技術規(guī)范（DL/T5200-2004）[S].endprint